Исследование процесса каталитического пиролиза природного газа и разработка многофункциональной лабораторной установки пиролиза метана

Разработка научных основ технологии – варианта каталитического пиролиза природного газа (КППГ) с применением наноструктурированных маталл-углеродных катализаторов. Разработка лабораторной установки для испытания процесса. Каталитическое разложение метана является неокислительным одностадийным процессом, протекающим по реакции: CH4→ 2H2 + C. Отсутствие оксидов углерода в продуктах реакции при целевом получении водорода исключает необходимость улавливания СО2, а в случае производства метано-водородных смесей возможно использовать продукт реакции без дополнительной очистки, что является преимуществом для выбора данного одностадийного процесса. В отсутствии катализатора значительная конверсия достигается при температуре не менее 1200°C ввиду кинетических ограничений и высокой энергии активации разрыва связи C–H молекул метана. Энергия активации некаталитического процесса составляет от 350 до 450 кДж/моль. Существенная интенсификация процесса при пониженной температуре может быть обеспечена применением катализаторов различного типа, наиболее широко протестированы катализаторы на основе углерода и переходных металлов. Так, использование углеродных катализаторов: активированные угли, технический углерод, - позволяет понизить энергию активации до 200-240 кДж/моль и, соответственно, обеспечивает проведение процесса при температуре 800-900°C. Более эффективны катализаторы на основе переходных металлов: главным образом никеля, а также железа и кобальта. В случае энергия активации снижается до приблизительно 100 кДж/моль (для никеля), а разложение может быть проведено при приемлемой температуре порядка 650-750°C. Результаты НИОКР будут использованы при разработке аппаратурного оформления для лабораторных испытаний процесса каталитического пиролиза природного газа, включая испытания различных вариантов катализатора и испытания режимных параметров процесса. Результаты могут быть использованы при разработке УГТ 3.